JP2008168651A - クラッチおよびそれを用いた車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク入力方向が変化する時のトルク抜けを防止できるクラッチ及びそれを用いた車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】内輪３０と一体回転する内輪摩擦板３１と外輪３２と一体回転する外輪摩擦板３３とを有する摩擦クラッチ部Ａと、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とを押圧接触させるクラッチ締結状態と、押圧接触状態を解除するクラッチ開放状態とを切り替え、内輪３０と外輪３２とを断接する断接手段Ｂと、内輪３０と外輪３２との間に形成したくさび空間に配置したローラ３５と、このローラ３５をくさび空間の中立位置に付勢する中立バネ３６とを有する２方向クラッチ部Ｃと、を備え、２方向クラッチ部Ｃは、摩擦クラッチ部Ａの締結状態のとき、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との相対回転によって、ローラ３５を中立バネ３６の付勢力に抗してくさび係合位置に移動し、ローラ３５を内輪３０と外輪３２との間にくさび係合する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステア・バイ・ワイヤシステムのハンドルと操向輪とを断接するバックアップ機構として好適なクラッチおよびそれを用いた車両用操舵装置の技術分野に属する。

従来、ステア・バイ・ワイヤシステムでは、反力アクチュエータが故障した場合、反力制御を中止してハンドルと操向輪とをバックアップ機構であるクラッチで機械的に連結している。ハンドルと操向輪とが機械的に連結されることで、ハンドルの回転がピニオンに伝達され、操向輪を転舵させることが可能となる。このとき、転舵制御では、通常の電動パワーステアリング装置における操舵補助制御と同様に転舵アクチュエータを制御している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２６２９６９号公報

従来のステア・バイ・ワイヤシステムでは、バックアップ機構として２方向クラッチを用いており、この２方向クラッチは、締結時の係合部位において、１つの保持器に左右トルク伝達用のローラが各々組み付く構成、またはローラが中立位置から左右くさび係合位置まで移動する構成であるため、左右の係合位置に角度差を生じる。

したがって、反力制御を中止し、ハンドルと操向輪とをバックアップ機構で連結している際、クラッチ締結指令が継続している場合であっても、くさび空間の中立位置から左右に操舵したとき、一旦くさび係合が外れた状態となって反力抜けが生じる。そのため、操舵のニュートラル位置で操舵が不安定となり、運転者に違和感を与えるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、トルク入力方向が変化するときのトルク抜けを防止できるクラッチおよびそれを用いた車両用操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、
内輪と一体に回転する内輪摩擦板と外輪と一体に回転する外輪摩擦板とを有する摩擦クラッチ部と、
前記内輪摩擦板と前記外輪摩擦板とを押圧接触させるクラッチ締結状態と、内輪摩擦板と外輪摩擦板との押圧接触状態を解除するクラッチ開放状態とを切り替え、前記内輪と前記外輪とを断接する断接手段と、
前記内輪と前記外輪との間に形成したくさび空間に配置した係合子と、この係合子をくさび空間の中立位置に付勢する付勢手段とを有する２方向クラッチ部と、
を備え、
前記２方向クラッチ部は、前記摩擦クラッチ部がクラッチ締結状態のとき、前記内輪摩擦板と前記外輪摩擦板との相対回転によって、前記係合子を前記付勢手段の付勢力に抗して前記くさび空間のくさび係合位置に移動し、前記係合子を前記内輪と前記外輪との間にくさび係合することを特徴とする。

よって、本発明では、クラッチ締結状態のとき、内輪または外輪への入力トルクが小さい場合には、摩擦クラッチ部を介して内輪と外輪とのトルク伝達が行われる。このとき、２方向クラッチでは、付勢手段の付勢力により係合子がくさび空間の中立位置に規制されているため、開放状態が維持される。一方、入力トルクが大きくなり、摩擦クラッチ部の最大伝達可能トルクを超えた場合には、摩擦クラッチ部に滑りが発生し、内輪摩擦板と外輪摩擦板とが相対回転する。このとき、２方向クラッチ部では、摩擦クラッチ部の相対回転によって、付勢手段の付勢力に抗して係合子がくさび係合位置に移動し、内輪と外輪との間にくさび係合するため、２方向クラッチ部を介してトルク伝達が可能となる。
すなわち、入力トルクが摩擦クラッチ部の最大伝達トルク以下である場合には、摩擦クラッチ部を介してトルク伝達を行うことで、２方向クラッチの欠点である回転方向変化に伴うガタ成分の発生、すなわち、トルク入力方向の変化に伴うトルク抜けを防止することができる。一方、摩擦クラッチ部に滑りが生じる過大な入力トルクには、２方向クラッチ部で対応でき、確実にトルク伝達を行うことができる。

以下、本発明のクラッチおよびそれを用いた車両用操舵装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
［全体構成について］
図１は実施例１の車両用操舵装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステム（以下、「SBWシステム」という。）を示す全体構成図である。
実施例１の車両用操舵装置が適用されたSBWシステムは、(1)反力装置、(2)バックアップ装置、(3)転舵装置（転舵機構）、(4)制御コントローラにより構成されている。以下、それぞれの構成を詳しく説明する。

(1)反力装置
反力装置は、舵角センサ１，１と、エンコーダ２と、トルクセンサ３，３と、ホールＩＣ４と、反力モータ５と、を有して構成される。

舵角センサ１，１は、ハンドル６の操作角を検出する手段で、後述するケーブルコラム７とハンドル６とを結合するコラムシャフト８に設けられている。ハンドル６の操作角検出系としては、２つの舵角センサ１，１により二重系にて構成されている。そして、舵角センサ１，１は、ハンドル６とトルクセンサ３，３との間に設置されており、トルクセンサ３，３の捩れによる角度変化の影響を受けることなく、操舵角を検出可能である。この舵角センサ１，１には、アブソリュート型レゾルバ等を用いる。

トルクセンサ３，３は、舵角センサ１と反力モータ５との間に設置されていて、トルクセンサ１とトルクセンサ２との２つのトルクセンサにより二重系にて構成されている。トルクセンサ３，３は、例えば、軸方向に延在するトーションバーと、このトーションバーの一端に連結され、このトーションバーと同軸をなす第１軸と、トーションバーの他端に連結され、トーションバー及び第１軸と同軸を成す第２軸と、第１軸に固定された第１磁性体と、第２軸に固定された第２磁性体と、第１磁性体及び第２磁性体に対面するコイルと、コイルを包囲し、第１磁性体及び第２磁性体と共に磁気回路を形成する第３磁性体とを有して構成される。そして、コイルはトーションバーに作用する捩れに基づく第１磁性体と第２磁性体との相対変位に対応してインダクタンスが変化し、インダクタンスに基づく出力信号によりトルクを検出する。

反力モータ５は、ハンドル６に反力を与える操舵反力アクチュエータであり、コラムシャフト８を回転軸とする１ロータ・１ステータの電動モータで構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。この反力モータ５としては、ブラシレスモータが使用され、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ２とホールＩＣ４とを追加する。その場合は、ホールＩＣ４のみでもモータトルクを発生するモータ駆動は可能であるが、微細なトルク変動が発生し、操舵反力感が悪い。そこで、より繊細で滑らかな反力制御を行うため、コラムシャフト８の軸上にエンコーダ２を装着し、モータ制御を行うことで、微細なトルク変動を低減し、操舵反力感の向上を達成する。なお、エンコーダ２の代わりにレゾルバを用いても良い。

(2)バックアップ装置
反力装置(1)と転舵装置(3)とを機械的に分離・連結を可能とするバックアップ装置は、ケーブルコラム７とバックアップクラッチ９により構成されている。

ケーブルコラム７は、バックアップクラッチ９が締結されるバックアップモード時、反力装置(1)と転舵装置(3)との間に介在する部材との干渉を避けて迂回しながらも、トルクを伝達するコラムシャフト機能を発揮する機械式バックアップ機構である。
ケーブルコラム７は、２つのプーリ７１，７２に、ケーブル端部がプーリ７１，７２に固定された２本のインナーケーブル７３，７４を互いに逆方向へ巻き付け、２つのプーリケーシング７５，７６に２本のインナーケーブル７３，７４を内挿したアウターチューブ７７，７８の両端を固定することにより構成されている。なお、図中、７９はプーリシャフトである。

(3)転舵装置
転舵装置は、エンコーダ１０，１０、舵角センサ１１，１１、トルクセンサ１２，１２、ホールＩＣ１３、転舵モータ１４，１４、ステアリング機構１５、操向輪１６，１６を有して構成される。

舵角センサ１１，１１とトルクセンサ１２，１２とは、バックアップクラッチ９が一端に取り付けられ、他端部にピニオンギアが形成されたピニオンシャフト１７の軸上に設けられている。舵角センサ１１，１１としては、上記舵角センサ１，１と同様に二重系を成し、シャフトの回転数を検出するアブソリュート式レゾルバ等が用いられる。また、トルクセンサ１２，１２としては、上記トルクセンサ３，３と同様に二重系を成し、インダクタンスの変化によりトルクを検出するものが用いられる。そして、ピニオンギアを介して下流側に舵角センサ１１，１１を配置し、上流側にトルクセンサ１２，１２を配置することで、舵角センサ１１，１１による転舵角検出に際してトルクセンサ１２，１２の捩りによる角度変化の影響を受けないようにしている。

転舵モータ１４，１４は、ピニオンシャフト１７上のバックアップクラッチ９とトルクセンサ１２，１２との中間位置に設けたウォームギアに噛み合うピニオンギアをモータ軸に設けることで、モータ駆動時にピニオンシャフト１７に転舵トルクを付与するように構成されている。この転舵モータ１４，１４は二重系を成し、第一転舵モータ１４と第二転舵モータ１４を構成するブラシレスモータとしている。また、上記反力モータ５と同様に、ブラシレスモータの使用に伴ってエンコーダ１０，１０とホールＩＣ１３とを追加する。

ステアリング機構１５は、ピニオンシャフト１７の回転により左右の操向輪１６，１６を転舵させる舵取り機構であって、ラックチューブ１５ａ内に内挿され、ピニオンシャフト１７のピニオンギアに噛み合うラックギアが形成されたラックシャフト１５ｂと、この車両左右方向に延びるラックシャフト１５ｂの両端部に結合されたタイロッド１５ｃ，１５ｃと、一端がタイロッド１５ｃ，１５ｃに結合され、他端が操向輪１６，１６に結合されたナックルアーム１５ｄ，１５ｄと、を有して構成されている。

(4)制御コントローラ
制御コントローラは、電源１８により処理演算等を行う２つの制御コントローラ１９，１９により二重系が構成されている。

制御コントローラ１９は、反力装置(1)の舵角センサ１，１、エンコーダ２、トルクセンサ３，３、ホールＩＣ４と、転舵装置(3)のエンコーダ１０，１０、舵角センサ１１，１１、トルクセンサ１２，１２、ホールＩＣ１３からの検出値が入力される。

通常は、バックアップクラッチ９を切り離し状態として、ハンドル６の操作角である舵角センサ１，１の検出値に応じた操向輪の目標転舵角となるように転舵モータ１４，１４を制御するとともに、トルクセンサ１２，１２の転舵トルクに応じた操舵反力をハンドル６に付与するように反力モータ５を制御するステア・バイ・ワイヤ制御（以下、「SBW制御」という。）を行う。

例えば、反力装置(1)の異常が発生した場合には、バックアップクラッチ９を連結状態として、ハンドル６の操舵トルクであるトルクセンサ３，３の検出値に応じた運転者の操舵に補助トルクを付与するように転舵モータ１４，１４を制御する電動パワーステアリング制御（以下、「EPS制御」という。）を行う。

制御コントローラ１９には故障診断部を有し、この故障診断部では、クラッチ切り離しによる「SBW制御」における転舵制御と反力制御の各故障診断と、クラッチ接続による「EPS制御」における故障診断と、故障診断時における「SBW制御」から「EPS制御」への移行制御が診断される。

制御コントローラ１９には、故障診断部以外に、反力指令値演算部、反力モータ駆動部、反力装置電流センサ、転舵指令値演算部、転舵モータ駆動部、転舵装置電流センサ、制御コントローラ診断部をそれぞれ有する。そして、両制御コントローラ１９，１９は、双方向通信線２０を介して情報交換可能に接続されている。

なお、両制御コントローラ１９，１９には、図外のヨーレート／横Ｇセンサ、車速を検出する車速センサ、反力モータ５の温度を検出する反力モータ温度センサ等からのセンサ情報が入力される。

［バックアップクラッチ構造について］
図２は実施例１のバックアップクラッチ９の斜視図、図３はバックアップクラッチ９の要部分解斜視図、図４はバックアップクラッチ９の径方向断面図、図５はバックアップクラッチの軸方向断面図である。

バックアップクラッチ９は、内輪３０と一体に回転する２枚の内輪摩擦板３１と、外輪３２と一体に回転する２枚の外輪摩擦板３３とが交互に配置された摩擦クラッチ部Ａと、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とを押圧接触させるクラッチ締結状態と、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との押圧接触状態を解除するクラッチ開放状態とを切り替え、内輪３０と外輪３２とを断接する断接手段Ｂと、内輪３０と外輪３２との間に形成したくさび空間３４に配置したローラ（係合子）３５と、このローラ３５をくさび空間３４の中立位置３４ａに付勢する中立バネ（付勢手段）３６と、を有する２方向クラッチ部Ｃと、を備えている。

内輪３０は、反力装置(1)のプーリシャフト７９にセレーション嵌合されている。そして、外輪３２は、転舵装置(3)のピニオンシャフト１７にセレーション嵌合されている。外輪３２と外輪摩擦板３３は、軸方向にスプライン嵌合されている。

内輪３０の外周は、複数のカム面３０ａが設定されている。また、外輪３２の内周面３２ａは円形状に形成されている。くさび空間３４は、各カム面３０ａと、その径方向外側に位置する内周面３２ａとの間にそれぞれ設定されている。

摩擦クラッチ部Ａには、外輪３２と一体に回転し、断接手段Ｂのアーマチュア３８との間で内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とを挟み込むギャップ調整ナット５０が設けられている。このギャップ調整ナット５０は、アーマチュア３８との距離を調整するもので、これにより、アーマチュア３８のセット力調整および内輪摩擦板３１・外輪摩擦板３３の位置調整を行うことができる。

摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルク（トルク容量）は、バックアップクラッチ９が締結状態で車両が一定速以上（例えば、20km/h）で走行しているときに、ハンドル６を操舵した場合に、ハンドル６と操向輪１６，１６との間に発生する最大の転舵トルクとなるように設定されている。つまり、最大伝達可能トルクは、低速での据え切りや縁石乗り越え等、転舵トルクが過大となる状況において必要なトルクよりも小さな値となるように設定されている。

断接手段Ｂは、上述のアーマチュア３８と、クラッチケース４０に固定された電磁コイル４１と、電磁コイル４１のフィールド内に配置されアーマチュア３８に内蔵された永久磁石４２と、外輪３２にセレーション結合されたロータ４３と、離反バネ４４とを備えている。

なお、電磁コイル４１のフィールド内に永久磁石４２を配置した構成により、永久磁石４２の磁束に対し、同相もしくは逆相の磁束を電磁コイル４１により付与することが可能である。
離反バネ４４は、ロータ４３とアーマチュア３８との間に配置され、アーマチュア３８を外輪摩擦板３３の方向に付勢している。

アーマチュア３８は、外輪摩擦板３３に面して軸方向移動可能に配置され、クラッチ締結状態のとき外輪摩擦板３３の方向に移動して外輪摩擦板３３と内輪摩擦板３１とを押圧接触状態とし、クラッチ開放状態のとき外輪摩擦板３３から離間する方向に移動して外輪摩擦板３３と内輪摩擦板３１との押圧接触状態を解除する。このアーマチュア３８と保持器３７は、両者を一体に回動させる４本の連結部３９で連結されている。

内輪摩擦板３１には貫通穴３１ａが設けられ、４つの連結部３９は、貫通穴３１ａを貫通して軸方向に配置されている。そして、内輪摩擦板３１に対し保持器３７が相対回転したとき、ローラ３５のくさび空間における中立位置３４ａからくさび係合位置３４ｂまで移動することができるよう、貫通穴３１ａ内の連結部３９の移動が許容されるように、貫通穴３１ａの内径は、ローラ３５の中立位置３４ａとくさび係合位置３４ｂの差に基づいて、大きさを設定されている。また、連結部３９は、その貫通穴３１ａの内周縁と接触する部分が弾性部材で被覆されている。

２方向クラッチ部Ｃには、複数のローラ３５を所定間隔に保持する保持器３７が設けられている。この２方向クラッチ部Ｃにおいて、中立バネ３６の付勢トルク（軸周りの付勢力）は、クラッチ締結状態のときアーマチュア３８と外輪摩擦板３３との間に発生する摩擦トルクよりも小さな値に設定されている。

次に、作用を説明する。
［クラッチ開放時の動作］
バックアップクラッチの開放時には、断接手段Ｂにおいて、電磁コイル４１に対しON指令を出力すると、電磁コイル４１が離反バネ４４に打ち勝つ磁力を出し、離反バネ４４が縮んでアーマチュア３８がロータ４３の方向に移動する。

摩擦クラッチ部Ａでは、アーマチュア３８と外輪摩擦板３３とが離間するため、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との間には摩擦力が発生せず、クラッチ開放状態が維持される。また、アーマチュア３８は、連結部３９により内輪３０と一体に回転する保持器３７と連結されているため、内輪３０と一体に回転する。

２方向クラッチ部Ｃでは、保持器３７が内輪３０と一体に回転し、かつ中立バネ３６の付勢力によりローラ３５がくさび空間３４の中立位置３４ａに維持されるため、クラッチ開放状態が維持される。

［クラッチ締結時の動作］
バックアップクラッチ９の締結時には、断接手段Ｂにおいて、電磁コイル４１に対しOFF指令を出力すると、離反バネ４４は反発力により伸張し、アーマチュア３８が外輪摩擦板３３に押し付けられることで、アーマチュア３８とギャップ調整ナット５０との間に挟まれた内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とが摩擦係合し、内輪３０と外輪３２とでトルク伝達が行われる。

ここで、内輪３０または外輪３２に対し、例えば、据え切り等で過大なトルク入力が行われた場合、摩擦クラッチ部Ａにおいて、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との間に滑りが発生するため、外輪摩擦板３３とアーマチュア３８とが相対回転することで、アーマチュア３８と一体の保持器３７が内輪３０に対し相対回転する。

このとき、中立バネ３６の付勢トルクは、クラッチ締結時にアーマチュア３８が外輪摩擦板３３に押し付けられ発生する摩擦トルクよりも小さな値に設定されているため、中立バネ３６の反発力により内輪３０に対する保持器３７の回転が妨げられることはない。

また、貫通穴３１ａの内径は、内輪摩擦板３１に対し保持器３７が相対回転したとき、ローラ３５のくさび空間における中立位置３４ａからくさび係合位置３４ｂまでの移動量に対応する貫通穴３１ａ内の連結部３９の移動を許容する大きさに設定されているため、滑りが大きくなると、ローラ３５は中立バネ３６の付勢力に抗してくさび空間３４の中立位置３４ａからくさび係合位置３４ｂへと移動し、２方向クラッチ部Ｃが締結状態となる。

ここで、ローラ３５がくさび係合位置３４ｂに到達した際、連結部３９は貫通穴３１ａの内周縁と接触するが、連結部３９の当該接触部分は弾性部材で被覆されているため、２方向クラッチ部Ｃの締結時に係合ガタ成分を低減できると共に、２方向クラッチＣの締結時に連結部３９が内輪摩擦板３１と接触する際の不快な接触音の発生を防止できる。

［２方向クラッチによる反力抜けについて］
従来のバックアップクラッチとしては、図６に示すような２方向クラッチが知られている。この２方向クラッチは、外輪と内輪の対向面の一方に円筒面を、他方にその円筒面との間でくさび空間を形成する複数のカム面を設け、その対向面間に、回転方向に弾性保持された保持器を設定し、その保持器のポケットに外輪と内輪の係合子であるローラを組み込んでいる。また、保持器に対して軸方向のみ移動可能なアーマチュアと、通電・非通電によりアーマチュアを軸方向移動させる電磁コイルを設け、アーマチュアに対向するロータに対しアーマチュアを摩擦接触させることにより、クラッチの締結、非締結を切り替えている。なお、電磁コイルのフィールド内には永久磁石を配置しているため、永久磁石の磁束に対し、同相もしくは逆相の磁束を電磁コイルにより付与することが可能となっている。

従来の２方向クラッチの動作を説明する。
［クラッチ締結動作］
電磁クラッチOFF時は、電磁コイルの磁力はOFFであり、ロータに組み付く永久磁石がロータとアーマチュアに組み付く離反バネよりも強いため、ロータとアーマチュアとが摩擦力を持ちながら回転する。その摩擦回転において、外輪と内輪とがローラを介してくさび噛み合いになり、トルクが伝達される。

［クラッチ開放動作］
電磁クラッチON時は、電磁コイルが永久磁石の磁力を相殺する磁力を出し、アーマチュアに組み付く離反バネの反発力が永久磁石に打ち勝ち、ロータとアーマチュアとを引き離すことで、ロータとアーマチュアとの間の摩擦力が無くなると、ローラが中立バネのバネ力で中立位置へ戻り、くさび状態が解除される。

上記従来の２方向クラッチは、図７に示すように、１つの保持器に左右伝達用の独立したローラを設定しているため、SBW制御からEPS制御への移行後のメカニカル締結時において、ハンドルを右から左に切り返した際、必ず右伝達用ローラを介してのくさび締結から、左伝達用ローラを介したくさび締結となり、その間の伝達トルクが発生しないこと（反力抜け）がステアリングにおける中立感を損なう原因であった。また、ハンドルを左右に切り返す際の操舵反転時には、保持器に組み付くローラとカム面が切り替わるため、接触音が発生し、質感を損なうという問題があった。

これに対し、実施例１のバックアップクラッチ９では、左右反転時にくさび締結部位が変わらない構造とすることで、上記問題を解消した。図８は実施例１の入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルク以下である場合のトルク伝達経路であり、図９は実施例１の入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルクを超えた場合のトルク伝達経路である。

図８に示すように、外輪３２への入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルク以下であり、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との間に滑りが生じていない場合には、アーマチュア３８は外輪摩擦板３３との摩擦力により外輪摩擦板３３と一体に回転するため、２方向クラッチ部Ｃのローラ３５はくさび空間３４の中立位置３４ａに維持されている。よって、外輪３２からの入力トルクは、摩擦クラッチ部Ａを介して内輪３０へと伝達される。

一方、外輪３２への入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルクを超えた場合には、内輪摩擦板３１と共に連れ回っていたローラ３５は外輪摩擦板３３との位相ズレによりくさび空間３４のくさび係合位置３４ｂに移動し、２方向クラッチ部Ｃが締結される。これにより、据え切り等で大トルクが入力した場合でも、２方向クラッチ部Ｃを介して確実にトルク伝達可能となる。

つまり、実施例１のバックアップクラッチ９のメリットは、摩擦クラッチ部Ａにおいて許容トルク内でトルクを受けている際は、操舵トルクを摩擦力で伝達できることで、その許容トルク内では、従来の２方向クラッチの問題点であった、左右にトルク伝達させる際の反力抜け・ガタ成分を低減できる点にある。

ここで、２方向クラッチに代えて、多板クラッチのみで対応した場合を想定する。この場合、反力抜け・ガタ成分の低減を図ることは可能であるが、据え切り等の過大な入力トルクに対応するためには、クラッチの大型化を招き、搭載性が悪化するため、成立が困難である。

これに対し、実施例１では、車両が一定速以上（例えば20km/h）で走行しているときに、ハンドル６を操舵した場合に発生する転舵トルクを摩擦クラッチ部Ａに担当させ、低速での据え切りや縁石乗り越え等、過大な転舵トルクが発生した場合にのみ、２方向クラッチＣを締結させる構成としたため、確実なトルク伝達と反力抜け・ガタ成分の低減を共に図りつつ、摩擦クラッチ部Ａの小型化が可能となった。

次に、効果を説明する。
実施例１のクラッチにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 内輪３０と一体に回転する内輪摩擦板３１と外輪３２と一体に回転する外輪摩擦板３３とを有する摩擦クラッチ部Ａと、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とを押圧接触させるクラッチ締結状態と、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との押圧接触状態を解除するクラッチ開放状態とを切り替え、内輪３０と外輪３２とを断接する断接手段Ｂと、内輪３０と外輪３２との間に形成したくさび空間３４に配置したローラ３５と、このローラ３５をくさび空間３４の中立位置３４ａに付勢する中立バネ３６とを有する２方向クラッチ部Ｃと、を備え、２方向クラッチ部Ｃは、摩擦クラッチ部Ａがクラッチ締結状態のとき、内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３との相対回転によって、ローラ３５を中立バネ３６の付勢力に抗してくさび空間３４のくさび係合位置３４ｂに移動し、ローラ３５を内輪３０と外輪３２との間にくさび係合する。これにより、入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達トルク以下である場合には、摩擦クラッチ部Ａを介してトルク伝達を行うことで、２方向クラッチの欠点である回転方向変化に伴うガタ成分の発生、すなわち、トルク入力方向の変化に伴うトルク抜けを防止することができる。一方、摩擦クラッチ部Ａに滑りが生じる過大な入力トルクには、２方向クラッチ部Ｃが締結状態となるため、確実なトルク伝達が可能となる。

(2) ２方向クラッチ部Ｃは、ローラ３５を保持する保持器３７を備え、断接手段Ｂは、外輪摩擦板３３に面して軸方向移動可能に配置され、クラッチ締結状態のとき外輪摩擦板３３の方向に移動して外輪摩擦板３３と内輪摩擦板３１とを押圧接触状態とし、クラッチ開放状態のとき外輪摩擦板３３から離間する方向に移動して外輪摩擦板３３と内輪摩擦板３１との押圧接触状態を解除するアーマチュア３８と、このアーマチュア３８と保持器３７とを連結し、両者を一体に回動させる連結部３９と、を備える。これにより、一度のON指令（クラッチ締結指令）の出力のみにより、摩擦クラッチ部Ａと、摩擦クラッチ部Ａに滑りが生じた場合の２方向クラッチ部Ｃの締結とを実現する構成が得られる。

(3) 内輪摩擦板３１に、連結部３９を貫通する貫通穴３１ａを設け、連結部３９を、貫通穴３１ａを貫通して配置し、貫通穴３１ａの内径を、内輪摩擦板３１に対し保持器３７が相対回転したとき、ローラ３５のくさび空間３４における中立位置３４ａからくさび係合位置３４ｂまでの移動量に基づいて、貫通穴３１ａ内の連結部３９の移動を許容する大きさに設定した。これにより、ローラ３５が中立位置３４ａからくさび係合位置３４ｂまで移動する際、連結部３９に内輪摩擦板３１が干渉するのを防止でき、摩擦クラッチ部Ａが滑った際、２方向クラッチ部Ｃを確実に締結状態とすることができる。

(4) 連結部３９は、その貫通穴３１ａ内周縁と接触する部分が弾性部材で被覆されているため、２方向クラッチ部Ｃの締結時に係合ガタ成分を低減できると共に、２方向クラッチＣの締結時に連結部３９が内輪摩擦板３１と接触する際の不快な接触音の発生を防止できる。

(5) 中立バネ３６の付勢トルクを、クラッチ締結状態のときアーマチュア３８と外輪摩擦板３３との間に発生する摩擦トルクよりも小さな値に設定したため、中立バネ３６の反発力により内輪３０に対する保持器３７の回転が妨げられるのを防止できる。これにより、摩擦クラッチ部Ａが滑った際、２方向クラッチ部Ｃを確実に締結状態とすることができる。

(6) 外輪３２と外輪摩擦板３３とを軸方向でスプライン嵌合させたため、外輪３２に対し外輪摩擦板３３を軸方向移動させることができ、摩擦クラッチ部Ａで摩擦トルクを発生させる際に初期時のラジアル方向のガタ成分を低減させることができる。

(7) 摩擦クラッチ部Ａは、外輪３２と一体に回転し、断接手段Ｂとの間で内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とを挟み込むギャップ調整ナット５０を備えるため、アーマチュア３８のセット力調整および内輪摩擦板３１・外輪摩擦板３３の位置調整の容易化を図ることができる。

(8) 内輪３０と一体に回転する内輪摩擦板３１と外輪３２と一体に回転する外輪摩擦板３３とを有する摩擦クラッチ部Ａと、内輪３０と外輪３２との間に形成したくさび空間３４に配置したローラ３５と、このローラ３５をくさび空間３４の中立位置３４ａに付勢する中立バネ３６とを有する２方向クラッチ部Ｃと、を備え、摩擦クラッチ部Ａの内輪摩擦板３１と外輪摩擦板３３とが所定回転角以上で相対回転した場合、２方向クラッチ部Ｃのローラ３５を中立バネ３６の付勢力に抗してくさび空間３４のくさび係合位置３４ｂに移動させ、内輪３０と外輪３２との間にくさび係合させる。これにより、トルク入力方向の変化に伴うトルク抜けを防止することができる。一方、摩擦クラッチ部Ａに滑りが生じる過大な入力トルクには、２方向クラッチ部Ｃが締結状態となるため、確実なトルク伝達が可能となる。

(9) ハンドル６と操向輪１６，１６を転舵する転舵装置(3)とを機械的に断接するバックアップクラッチ９を備えた車両用操舵装置において、バックアップクラッチ９として、図２〜５に示したクラッチを用いたため、操舵時の係合ガタを無くし、ニュートラル位置での操舵安定性を確保でき、操舵反転時の接触音の発生を防止することができる。

(10) 摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルクを、バックアップクラッチ９が締結状態のとき、据え切り時の転舵トルクよりも小さな値に設定したため、多板クラッチのみを用いた場合と比較して、より小型化を図ることができ、搭載性を向上させることができる。

（他の実施例）
以上、本発明のクラッチを実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１では、内輪摩擦板と外輪摩擦板とを交互に２枚ずつ設けた例を示したが、外輪摩擦板をアーマチュアと対向する位置に配置しさえすれば、摩擦板の枚数は任意に設定できる。

また、実施例１では、断接手段として電磁コイル、永久磁石および離反バネ等を用いたが、断接手段は、内輪摩擦板と外輪摩擦板とを押圧接触させるクラッチ締結状態と、内輪摩擦板と外輪摩擦板との押圧接触状態を解除するクラッチ開放状態とを切り替え可能であれば、断接手段の構造は任意である。さらに、実施例１では、フェールセーフのために電磁コイルONでクラッチ開放、電磁コイルOFFでクラッチ締結としたが、電磁コイルONでクラッチ締結、電磁コイルOFFでクラッチ開放を行う構成としてもよい。

実施例１の車両用操舵装置が適用されたステア・バイ・ワイヤシステムを示す全体構成図である。 実施例１のバックアップクラッチ９の斜視図である。 バックアップクラッチ９の要部分解斜視図である。 バックアップクラッチ９の径方向断面図である。 バックアップクラッチ９の軸方向断面図である。 従来の２方向クラッチを示す径方向断面図である。 従来の２方向クラッチのローラおよび保持器を示す斜視図である。 実施例１の入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルク以下である場合のトルク伝達経路である。 実施例１の入力トルクが摩擦クラッチ部Ａの最大伝達可能トルクを超えた場合のトルク伝達経路である。

符号の説明

１ 舵角センサ
２，２ エンコーダ
３，３ トルクセンサ
５ 反力モータ
６ ハンドル
７ ケーブルコラム
８ コラムシャフト
９ バックアップクラッチ
１０，１０ エンコーダ
１１，１１ 舵角センサ
１２，１２ トルクセンサ
１４，１４ 転舵モータ
１５ ステアリング機構
１５ａ ラックチューブ
１５ｂ ラックシャフト
１５ｃ，１５ｃ タイロッド
１５ｄ，１５ｄ ナックルアーム
１６，１６ 操向輪
１７ ピニオンシャフト
１８ 電源
１９，１９ 制御コントローラ
２０ 双方向通信線
３０ 内輪
３０ａ カム面
３１ａ 貫通穴
３１ 内輪摩擦板
３２ 外輪
３２ａ 内周面
３３ 外輪摩擦板
３４ くさび空間
３４ａ 中立位置
３４ｂ くさび係合位置
３５ ローラ
３６ 中立バネ
３７ 保持器
３８ アーマチュア
３９ 連結部
４０ クラッチケース
４１ 電磁コイル
４２ 永久磁石
４３ ロータ
４４ 離反バネ
５０ ギャップ調整ナット

Claims (10)

1. 内輪と一体に回転する内輪摩擦板と外輪と一体に回転する外輪摩擦板とを有する摩擦クラッチ部と、
   前記内輪摩擦板と前記外輪摩擦板とを押圧接触させるクラッチ締結状態と、内輪摩擦板と外輪摩擦板との押圧接触状態を解除するクラッチ開放状態とを切り替え、前記内輪と前記外輪とを断接する断接手段と、
   前記内輪と前記外輪との間に形成したくさび空間に配置した係合子と、この係合子をくさび空間の中立位置に付勢する付勢手段とを有する２方向クラッチ部と、
   を備え、
   前記２方向クラッチ部は、前記摩擦クラッチ部がクラッチ締結状態のとき、前記内輪摩擦板と前記外輪摩擦板との相対回転によって、前記係合子を前記付勢手段の付勢力に抗して前記くさび空間のくさび係合位置に移動し、前記係合子を前記内輪と前記外輪との間にくさび係合することを特徴とするクラッチ。
2. 請求項１に記載のクラッチにおいて、
   前記２方向クラッチ部は、前記係合子を保持する保持器を備え、
   前記断接手段は、
   前記外輪摩擦板に面して軸方向移動可能に配置され、クラッチ締結状態のとき外輪摩擦板の方向に移動して外輪摩擦板と前記内輪摩擦板とを押圧接触状態とし、クラッチ開放状態のとき外輪摩擦板から離間する方向に移動して外輪摩擦板と内輪摩擦板との押圧接触状態を解除するアーマチュアと、
   このアーマチュアと前記保持器とを連結し、両者を一体に回動させる連結部と、
   を備えることを特徴とするクラッチ。
3. 請求項２に記載のクラッチにおいて、
   前記内輪摩擦板に、前記連結部を貫通する貫通穴を設け、
   前記連結部を、前記貫通穴を貫通して配置し、
   前記貫通穴の内径を、前記内輪摩擦板に対し前記保持器が相対回転したとき、前記係合子のくさび空間における中立位置からくさび係合位置までの移動量に基づいて、貫通穴内の連結部の移動を許容する大きさに設定したことを特徴とするクラッチ。
4. 請求項３に記載のクラッチにおいて、
   前記連結部は、その前記貫通穴内周縁と接触する部分に弾性部を備えることを特徴とするクラッチ。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のクラッチにおいて、
   前記付勢手段の付勢トルクを、クラッチ締結状態のとき前記アーマチュアと前記外輪摩擦板との間に発生する摩擦トルクよりも小さな値に設定したことを特徴とするクラッチ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のクラッチにおいて、
   前記外輪と前記外輪摩擦板とを軸方向でスプライン嵌合させたことを特徴とするクラッチ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のクラッチにおいて、
   前記摩擦クラッチ部は、前記外輪と一体に回転し、前記断接手段との間で前記内輪摩擦板と前記外輪摩擦板とを挟み込むナットを備えることを特徴とするクラッチ。
8. 内輪と一体に回転する内輪摩擦板と外輪と一体に回転する外輪摩擦板とを有する摩擦クラッチ部と、
   前記内輪と前記外輪との間に形成したくさび空間に配置した係合子と、この係合子をくさび空間の中立位置に付勢する付勢手段とを有する２方向クラッチ部と、
   を備え、
   前記摩擦クラッチ部の前記内輪摩擦板と前記外輪摩擦板とが所定回転角以上で相対回転した場合、前記２方向クラッチ部の前記係合子を前記付勢手段の付勢力に抗して前記くさび空間のくさび係合位置に移動させ、前記内輪と前記外輪との間にくさび係合させることを特徴とするクラッチ。
9. ハンドルと操向輪を転舵する転舵機構とを機械的に断接するバックアップクラッチを備えた車両用操舵装置において、
   前記バックアップクラッチとして、請求項１ないし請求項８のいずれか１項のクラッチを用いたことを特徴とする車両用操舵装置。
10. 請求項９に記載の車両用操舵装置において、
    前記摩擦クラッチ部の最大伝達可能トルク（トルク容量）を、前記バックアップクラッチが締結状態のとき、据え切り時の転舵トルクよりも小さな値に設定したことを特徴とする車両用操舵装置。

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